薄壁零件的加工方法研究

孫 鵬/丹東技師學院

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薄壁零件的加工方法研究

孫 鵬/丹東技師學院

【摘 要】通過分析薄壁零件的特點及薄壁零件加工有可能出現的工藝問題，找到改進措施，給出解決問題的具體方法。【關鍵詞】薄壁零件；加工分析；精度

薄壁零件已日益廣泛地應用在各工業部門，因為它具有重量輕，節約材料，結構緊湊等特點。但薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質量。對于批量大的生產，可利用數控車床高加工精度及高生產效率的特點進行加工，在車工教學中如何解決這個問題呢，可以通過對薄壁零件加工過程的各種變形原因進行材質和技術分析，制定合適的加工方法解決問題。

1.薄壁零件的特點及變形原因

對板狀工件而言,薄形工件是指寬厚比值B/H≥10的工件。類似于薄形板狀工件,薄形盤狀工件是指其外形直徑與工件厚度比值比較大的工件；薄形環狀工件是指工件圓柱外徑與其厚度比值比較大的工件；薄形套類工件是指工件外圓直徑與套壁厚度比值比較大的工件,薄壁箱體類工件是指箱體的外形尺寸與其壁厚的比值比較大工件。薄零壁件具有質量輕、節約材料、結構緊湊等特點，導致變形的直接原因有外力夾持、溫度過高、振動引起等，具體如下：

1.1受力變形 因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。

1.2受熱變形 因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。

1.3振動變形 在切削力(特別是徑向切削力)的作用下，很容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

2.提高薄壁零件加工精度的方法

2.1合理選擇裝夾方式，減少受力變形

零件裝夾可分成定位和夾緊。定位使零件處于穩定狀態，對平面來說應采3點定位。在定位點一般要承受一定的夾緊力，并應具有一定的強度和剛性。從定位穩定性與定位精度看，接觸面是越小越好；而從夾緊力功能來看，接觸面需要越大越好，可以用最小的單位面積壓力來獲得最大的摩擦力。工件裝夾方法薄壁類零件在加工過程中假如采用普通裝夾方法,會由于產生很大的變形而無法保證加工精度。如圖1所示。

圖1　三爪自定心卡盤裝夾受力變形的示意圖

故薄壁類零件的裝夾,一般采取以下措施：

（1）增大工件的支承面和夾壓面積,或增加夾壓點使之受力均勻,并減小夾壓應力和接觸應力,必要時可增設輔助支承,以增強工件的剛性。但這種方法在應用中有 局限性而且會造成材料的浪費。

（2）增加夾壓點或夾壓面積通過增加夾壓點或夾壓面積減小零件的變形或使變形均勻化。如:采用專用卡爪或開口過渡環裝夾;采用液性塑料自定心夾頭或彈簧夾頭裝夾;采用傳力襯墊裝夾等。

（3）變徑向夾緊為軸向夾緊使夾緊力作用在剛度較大的軸向,避免了徑向發生大的變形。

2.2合理選擇切削用量

切削用量的選擇為減少工件振動和變形,應使工件所受切削力和切削熱較小。背吃刀量，進給量，切削速度是切削用量的三個要素。大量試驗證明：背吃刀量和進給量同時增大，切削力也增大，變形也大，對車削薄壁零件極為不利。在加工精度要求較高的薄壁零件時，一般采取對稱加工，使相對的兩面產生的應力均衡，達到一個穩定狀態，加工后工件平整。當某一工序的背吃刀量大時，應力將會失去平衡，工件就會產生變形。

對加工精度要求較高的薄壁類零件，應把粗加工、半精加工、精加工分開進行。粗、半精、精加工分開，可避免因粗加工引起的各種變形，包括粗加工時，夾緊力引起的彈性變形、切削熱引起的熱變形以及粗加工后內應力重新分布引起的變形。 內應力是引起零件變形的主要因素，為了防止零件的變形，除應嚴格地進行材料的熱處理，使工件具有較好的組織外，在粗加工、精加工之間，最好增加一道去應力工序，以最大限度的消除工件內部的應力。

粗加工時，背吃刀量和進給量可以取大些；精加工時，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，進給量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精車時用盡量高的切削速度，但不易過高。

2.3合理選用切削液

合理選用切削液，能減少切削過程中的摩擦，改善散熱條件，從而減小了切削力、切削功率、切削溫度，減輕刀具磨損，提高已加工表面質量。粗加工切削量大，產生大量切削熱，刀具易磨損，尤其是高速鋼，應選用冷卻為主的切削液，如乳化液或水溶液。而硬質合金刀具可以不用切削液，如要用則必須連續、充分地澆注，以免產生裂紋。精加工切削液主要是潤滑，以提高工件表面精度和表面粗糙度，以采用極壓切削油或離子型切削液。同時運用高速加工，高速加工技術是近年發展起來的高效、優質、低耗的制造技術。在高速切削加工中，由于毛坯材料的余量還來不及充分變形就在瞬間被切離工件，工件表面的殘余應力非常小，切削過程中產生的絕大多數熱量被切削迅速帶走，從而減小薄壁零件的熱變形，達到表面加工質量。

2.4合理選擇刀具

加工孔的車孔刀桿懸伸距較大,剛性差,容易產生振動,并在徑向分力的作用下,容易發生讓刀現象,影響加工孔的精度。因此加工薄臂零件孔時應盡可能增加刀桿的剛性。同時,為了容易排屑,應在車刀前面開有斷屑槽或卷屑槽,在合適的刃傾角下控制切屑排出的方向。

3.結論

車床加工薄壁零件在機械加工中較為常見，由于其剛性差，加工時受切削力、切削熱等因素的影響，變形較大，很難保證薄壁零件的加工質量要求。通過采用合適的裝夾方式，采取合理的輔助支承和先進的加工方法，同時選擇合理的刀具角度和切削用量，是能夠保證薄壁零件的加工質量要求的。

參考文獻：

[1] 陳日曜.金屬切削原理（第二版）[M]北京：機械工業出版社.1995.

[2] 楊授時.中級車工技術[M]北京：機械工業出版社.1999.